[发明专利]基于多个分体惯性基准的轨道半径曲线测量系统

摘要

基于多个分体惯性基准的轨道半径曲线测量系统，包括主处理器，存储和显示设备以及至少三套由载波相位差分GPS、惯性器件、数据处理单元组成的组合测量平台。通过载波相位差分GPS精确地测得由安装在车顶的GPS天线组成多组基线向量等数据，并与惯性器件测得的三维加速度和三维角速度耦合，结合角速度测量模型和基线测量模型进行处理，就可以得到精确的轨道曲率半径。本发明既提高了小半径时角速度测量法的精度，又利用基线测量法克服了角速度测量难以测量大半径的缺点，提高了轨道半径测量的精度和测量效率，而且测量精度受外力和干扰的影响比较小，适用于在列车较大的速度范围内测量轨道曲率半径，能够测量的半径范围增大，降低了轨道检测成本。

主权项

1、基于多个分体惯性基准的轨道半径曲线测量系统，其特征在于：所述的测量系统安装在列车上，它由至少三套组合测量平台(1)、主处理器(2)及存储和显示设备(3)组成；其中：每套组合测量平台(1)由载波相位差分GPS(4)、惯性器件(5)和数据处理单元(6)组成，所述载波相位差分GPS(4)由多个测量型GPS天线和多个可以输出载波相位的GPS接收机(7)组成，用来输出GPS相关数据，包括捕获信息、定位信息、星历信息、载波相位信息、GPS测量参考时间和秒脉冲信号PPS；惯性器件(5)由一台三轴陀螺仪(8)和一台三轴加速度计(9)组成，用于输出组合测量平台内同步的惯性器件相关数据，包括惯性器件测量参考时间、三轴加速度、三轴角速度，其中三轴陀螺仪(8)用来测量角速度，三轴加速度计(9)用来测量加速度；载波相位差分GPS(4)和惯性器件(5)通过载波相位差分GPS(4)输出的秒脉冲信号PPS同步；数据处理单元(6)接收载波相位差分GPS(4)的每个测量型GPS天线和GPS接收机测得的GPS相关数据及惯性器件(5)测得的惯性器件相关数据，并将这些数据通过插值和滤波处理，得到同一组合测量平台(1)内部同步的GPS相关数据及惯性器件相关数据、同一组合测量平台内同步的拟合参考时间，然后将GPS相关数据和惯性器件相关数据通过滤波处理得到载体姿态，同时将同步的GPS相关数据、惯性器件相关数据、同一组合测量平台内同步的拟合参考时间和载体姿态数据通过总线传输到主处理器(2)；主处理器(2)接收来自组合测量平台(1)的数据，即同一组合测量平台(1)内部同步的GPS相关数据、惯性器件相关数据、同一组合测量平台内同步的拟合参考时间、运算得到的载体姿态数据，然后通过滤波和数据融合进行同步处理，得到不同组合测量平台之间高精度的同步的相关数据，对不同组合测量平台的GPS之间的同步的载波相位进行差分，就可以得到多组由GPS天线组成的基线向量，这些基线向量运动形成的轨迹与列车运行轨迹相关，反映了列车轨道信息，然后由角速度测量模型(通过圆周运动角速度测量半径)或基线测量模型(通过圆周多组弦线测量半径)分别得到粗略的测量半径，根据粗略测量的半径大小选择角速度测量模型或者基线测量模型，经过进行进一步处理得到精确的轨道曲率半径，并将需要的数据，包括GPS相关数据、惯性器件相关数据、同一组合测量平台内同步的拟合参考时间和载体姿态、基线向量和轨道曲率半径最终数据，发送到存储和显示设备(3)；存储和显示设备(3)根据要求进行实时处理或事后处理，将主处理器(2)的处理得到的数据，包括GPS相关数据、惯性器件相关数据、同一组合测量平台内同步的拟合参考时间和载体姿态、基线向量和轨道曲率半径最终数据存储到硬盘，以便进行事后处理或通过显示设备实时显示。